Föreläsning Kärnenergi Sid

Går det att skapa nya grundämnen på konstgjord väg? Ja Redan 1919 genomförde Rutherford ett experiment där han sköt alfapartiklar, heliumkärnor, mot kvävekärnor. 2 4 He N  8 17 O H (p + = 1 1 H)

Man kan skapa kol av kväve Genom att skjuta in en neutron i en kvävekärna kan grundämnet kol skapas. 0 1 n N  7 14 C H

Kan man skapa guld Ja, genom att skjuta in en neutron i en kvicksilverkärna. 0 1 n Hg  Au H Ok, nu kan man inte bara putta in en neutron i en guldkärna (guldnukleid) men i en partikelaccelerator är det fullt möjligt. Tyvärr är det mycket dyrare än att köpa guld kr/kg

Tyskland 1930-talet Lise Meitner och Otto Frisch Lise och Otto experimenterar med att skjuta neutroner mot atomkärnor lyckas de klyva en uranisotop i två delar samtidigt som det bildades energi. De hade upptäckt fission, kärnklyvning.

Kedjereaktion

Kan man tillverka en bomb Under andra världskriget hade Tyskland långtgående planer på att tillverka en atombomb. Einstein som hade flytt till USA varnade för att tyskarna var på väg att tillverka en atombomb. För att förekomma tyskarna startade man i USA ett hemligt projekt: ”the Manhattan projekt” Ca 2000 ingenjörer arbetade dygnet runt med att försöka konstruera en atombomb under ledning av Robert Oppenheimer. I slutet av projektet hade deltagit i arbetet. Man lyckades 1945 tillverka en plutoniumbomb som testades i en provsprängning den 16 juli 1945 i Alamogordoöknen i New Mexico.

President Truman beordrade bombning av Japan efter epsisoden i Perl Harbour Två bomber Little Boy ( anrikat uran) 6 augusti 1945 släpptes över Hiroshima Fat man ( plutoniumbomb) 9 augusti 1945 över Nagasaki Little boy och Fatman

Hiroshima Runt människor uppskattas ha dött omedelbart eller inom ett par timmar. Ungefär lika många har senare avlidit av strålskador. Det finns fortfarande en tydlig effekt på äldre överlevande, vilka drabbas av cancer eller högt blodtryck oftare än jämnåriga från andra delar av Japan. Det exakta antalet dödsoffer på grund av ökad cancerrisk är svårt att fastställa konkret, då det är den totala effekten av omgivningsmiljön och arvsanlag som ger cancerutfall. Otvivelaktigt har dock risken för cancer ökat signifikant även lång tid efter bombningen.

Har vi lärt oss något? Följande länder har kärnvapen: USA RYSSLAND STORBRITANIEN FRANKRIKE KINA ISRAEL INDIEN PAKISTAN Nyligen provsprängde NORDKOREA en underjordisk atombomb. Det har diskuterats om IRAN är på väg att tillverka en atombomb men tillfälligt har IAEA kanske lyckats undanröja detta hot. IAEA Internationella atomenergi organet en avdelning inom FN

Hur fungerar fission? Fission 0 1 n U  Kr Ba n 0 1 n U  Rb Cs n 0 1 n U  Sc Xe n

Det finns en fredligare form av fission Kärnkraft Genom att kontrollera kedjereaktionen med hjälp av styrstavar och ett medium som bromsar neutronernas hastighet, vatten, kan man utvinna energi med hjälp av kärnkraft. Energin som utnyttjas dels den energi som frigörs vid kärnklyvningen dels rörelseenergin hos framrusande partiklar. Partiklarna bromsas av vatten. Det bildas friktion. Vatten värms upp. Själva processen kan liknas vid en ångmaskin. Vatten värms upp - går via ledningar till en turbin- turbinen börjar snurra-turbinen är sammankopplad med en generator som alstrar ström.

A- Kärnreaktor B- Styrstavar C- Turbin Generator Effekten styrs med bränslestavar och vatten. Vatten bromsar ned neutronerna. Styrstavarna fångar in neutroner. Hastigheten på kedjereaktion kan styras Kärnenergi omvandlas till elektrisk energi bränslestavar Moderator = vatten kondensator

Det finns 438 kärnkraftverk i världen Nuclear power plants world-wide, in operation, as of 01 June 2015

I Sverige finns 10 reaktorer I Sverige finns för närvarande 10 reaktorer. Forsmark 3 st Oskarshamn 3st ( Oskarshamn 2 har inte startats upp efter revision oktober 2015) Ringhals 4 st Barsebäck 1 och 2 togs ur bruk 1999 respektive 2005 Folkomröstningen 1980 ”kärnkraften ska avvecklas” 2010 riksdagsbeslut: existerande kraftverk får bytas ut mot nya när de tjänat ut.

Två svåra olyckor Tjernobyl Tjernobyl 26 april 1986 Fukushima Mars 2011

Fusion Hopslagning av atomkärnor Sker i solen Fusion är den energi som driver solen och stjärnorna. Fusion sker då lätta ämnen, till exempel vätekärnor, smälter samman till tyngre ämnen, samtidigt som enorma mängder energi frigörs. För att detta skall kunna ske krävs extremt höga temperaturer och tryck. I solen och stjärnorna gör starka gravitationskrafter det enkelt för fusion att ske naturligt.

Fusion På jorden är det mycket svårare att uppnå dessa förutsättningar dock skulle det vara mycket fördelaktigt att utnyttja fusion på jorden då det krävs nämligen endast 10 gram deuterium, framställt ur 500 liter vatten, och 15 gram tritium, framställt ur 30 gram litium, för att försörja en medelsvensk med all elektricitet han behöver under sin livstid. Några få fusionskraftverk skulle kunna täcka hela jordens energibehov. Avfallet från en fusionsreaktor blir ofarligt på bara 100 år Vanliga fissionsreaktorer skapar avfall som blir ofarligt först efter år

Fusionbomb = vätebomb För att skapa tillräcklig hög temperatur och tillräckligt högt tryck för att fusion ska kunna ske används en fissionsbomb. Därefter utlöses vätebomben. Tsarbomba 30 oktober 1961

Fusion framtidens energikälla 1 2 H H  2 4 He n + Energi För att fusion ska kunna ske krävs enormt höga temperaturer 150 miljoner °C. S.k. plasma. Det finns inga kända material som klarar dessa temperaturer. Man kan lösa det genom elektromagnetism. Man håller ihop härden med starka magnetfält. Detta är möjligt i en tokamak

Tokamak Med hjälp av ett starkt elektriskt fält skapas magnetism som håller hop härden där fusionen kan ske. Det finns ett 20-tal forskningsreaktorer. I Frankrike byggs ITER där ca 1000 forskare från större delen av världen forskar. Än så länge skapas inte mer energi än vad det krävs att driva reaktorn hoppas man kunna ta den i bruk.

Den berömda formeln E= mc 2 Både i fission och fusion är massan större i moderkärnan jämfört med dotterkärnorna. Denna skillnad i massa omvandlas till energi. E= energi (joule= j) m= massa (kg) c= ljusets hastighet (3 x 10 8 m/s) Einsteins berömda energiformel från 1905

E= mc 2 Formeln innebär att en liten mängd materia innehåller enorma mängder energi. E= 1kg x (3 x10 8 ) 2 = 1 x 9 x = 9 x joule = J Jämförelse. En vattenkokare krävde j för att koka upp en liter vatten. 9x10 16 Joule kan omvandlas till TWh. Om Sveriges årsförbrukning av el är ca 150TWh finns tillräcklig energi i 1kg materia för att täcka 160 år av elförbrukning. ALBERT EINSTEIN, 1879–1955. Bild: Wikimedia Commons

E= mc 2 Men formeln säger något mer. Det finns en likhet mellan energi och massa Massa kan omvandlas till energi Energi kan omvandlas till materia